インテグリン接着受容体が p21 に結合する分子基盤

Communications Biology volume 5、記事番号: 1257 (2022) この記事を引用

949 アクセス

5 オルトメトリック

メトリクスの詳細

この記事に対する著者の訂正は 2023 年 7 月 31 日に公開されました

この記事は更新されました

インテグリン接着受容体は、細胞外リガンドと細胞質シグナル伝達との間のつながりを提供します。 複数のキナーゼがインテグリン β テールと直接結合することがわかっていますが、これらの相互作用の分子基盤は不明のままです。 ここでは、p21 活性化キナーゼ 4 (PAK4) のキナーゼ ドメインとインテグリン β5 の細胞質尾部の間の相互作用を評価します。 私たちは、PAK4-β5 インテグリン複合体の 3 つの結晶構造を決定し、PAK 結合部位を特定します。 これは、β5 尾部の膜近位半分の領域であり、部位特異的突然変異誘発によって確認されました。 β5 テールはキナーゼ基質結合溝に係合し、リン酸化不可能なインテグリン残基 Glu767 をリン受容体部位に配置します。 これと一致して、インテグリン β5 は PAK4 によってあまりリン酸化されず、基質結合部位を閉塞する能力と一致して、キナーゼ活性を弱く阻害します。 これらの発見は、β5 インテグリンと PAK4 の相互作用の分子基盤を示していますが、この相互作用の潜在的な細胞の役割を理解する上での修正を示唆しています。

インテグリン接着受容体は細胞基質接着の主要なメディエーターであり、細胞の形態、遊走、分化の制御に重要な役割を果たしています1、2、3、4。 重要なのは、これらのヘテロ二量体糖タンパク質は、複雑なマルチドメイン細胞外部分を介して細胞外リガンドに結合し、短い細胞質尾部を介して細胞内シグナル伝達足場、細胞骨格タンパク質、酵素と結合することにより、原形質膜を越えて機械力と生化学的シグナルを双方向に伝達することです5、6、7。 。 インサイドアウトシグナル伝達には、インテグリン β サブユニットの細胞質尾部と、細胞外リガンドに対するインテグリンの親和性を増加させる (例: タリン、キンドリン) または減少させる (例: フィラミン、ICAP1) タンパク質との相互作用が含まれます 8,9。 構造生物学のツールは、これらの効果がどのように起こるかを理解し、分子レベルでインサイドアウトシグナル伝達の仕組みを定義する上で中心となることが証明されています10、11、12、13、14、15。 アウトサイドインシグナル伝達には、主にインテグリン β テールと細胞質シグナル伝達およびアダプタータンパク質ネットワークとの相互作用を介して、細胞外リガンドによって引き起こされる細胞内シグナル伝達カスケードの活性化が関与していることが示されています 16,17。 これらの作用のメカニズムを研究するために構造生物学の手法が使用されていますが、アウトサイドインシグナル伝達の基礎はインサイドアウトシグナル伝達ほどよく理解されていません18、19、20。

セリン/スレオニンキナーゼの p21 活性化キナーゼ (PAK) グループは、細胞接着、運動性、成長、および生存において重要な役割を果たしています 21、22、23、24。 これらのキナーゼは機能的には Rho ファミリー低分子 GTPase の制御下にありますが、制御の分子基盤はグループ間で異なり 25、26、27、28、29、その活性は他の結合パートナーの影響を受けると考えられています 25、30、31。 PAK は、酵素としての役割に加えて、アダプタータンパク質として作用することによってシグナル伝達も調節します 32,33。 したがって、インテグリンと同様に、PAK の機能は一連のパートナータンパク質の影響を受けます。 特に、β5 インテグリンの細胞質テールと PAK4 キナーゼ ドメイン間の相互作用は、酵母 2 ハイブリッド アッセイ、組換え β5 テールによるプルダウンおよび免疫共沈降によって検出されています 34。 この結合は、接着を介した PAK4 活性の制御および細胞運動性に関与していると考えられています 35,36 が、相互作用に関する詳細な情報が不足しているため、機構に関する洞察は限られています。

インテグリンの機能は、細胞質尾部がプロテインキナーゼと相互作用し、リン酸化されることによって調節されます 37,38。 PAK4 の研究では、インテグリン β5 の細胞質尾部への直接結合 34 と、それに続くそのセリン残基の標的リン酸化が示唆されています 35。 同様に、非受容体チロシンキナーゼである Arg は、β1 インテグリンの細胞質尾部に直接結合し、Arg を介した β1 尾部のチロシンリン酸化を引き起こすことが示されました 39。 対照的に、インテグリンβ1テールとILKのシュードキナーゼドメイン間の非触媒的相互作用は、インテグリンシグナル伝達のリン酸化非依存性制御に関与しているとされており40、41、42、インテグリン受容体とキナーゼドメイン間の非触媒的結合には、インテグリンとキナーゼの両方に対する追加の非標準的なシグナル変調モード。 これらの例は、インテグリンテールとキナーゼの相互作用のさまざまな潜在的なメカニズムを表していますが、これまでこれらの相互作用は分子レベルでの研究に抵抗がありました。 したがって、我々は構造指向的アプローチを使用して、インテグリンβ5尾部とPAK4との相互作用を調査した。 私たちは一連の結晶構造を決定し、キナーゼ結合パートナーの相互作用の予期せぬモードを観察しました。 われわれは、インテグリンβ5の細胞質尾部がPAK4の基質結合溝と異常な方法で係合し、インテグリンのリン酸化を許さず、他の基質に対するPAK4の活性を阻害することを発見し、PAK4がどのようにインテグリン受容体と相互作用できるかの分子基盤を解明した。